Jeśli sięgasz po ostatni kawałek pizzy na imprezie i widzisz inną rękę idącą po nią w tym samym czasie, Twój następny ruch prawdopodobnie zależy zarówno od tego, jak się czujesz i do kogo należy ta ręka. Twoja młodsza siostra — możesz iść i wziąć pizzę. Twój szef — prawdopodobnie z większym prawdopodobieństwem wycofasz się i zrezygnujesz. Ale jeśli jesteś głodny i czujesz się szczególnie pewny siebie, możesz to zrobić.
Teraz naukowcy z Salk poczynili postępy w zrozumieniu, w jaki sposób mózg ssaków koduje rangę społeczną i wykorzystuje te informacje do kształtowania zachowań – na przykład, czy walczyć o ostatni kawałek pizzy. Zespół odkrył, że u myszy biorących udział w zawodach wzorce aktywności mózgu różnią się w zależności od rangi społecznej przeciwnika. Co więcej, naukowcy mogli wykorzystać odczyty mózgu, aby dokładnie przewidzieć, które zwierzę otrzyma nagrodę w postaci jedzenia – zwycięzcą nie zawsze było zwierzę bardziej dominujące społecznie, ale bardziej zaangażowane w „zwycięski sposób myślenia”. Wyniki zostały opublikowane w Nature 16 marca 2022 roku.
„Większość gatunków społecznych organizuje się w hierarchie, które kierują zachowaniem każdej jednostki” – mówi starszy autor Kay Tye, profesor w Laboratorium Neurobiologii Systemów Salka i badacz Instytutu Medycznego Howarda Hughesa. „Zrozumienie, w jaki sposób mózg pośredniczy w tym, może pomóc nam zrozumieć wzajemne oddziaływanie między pozycją społeczną, izolacją i chorobami psychicznymi, takimi jak depresja, lęk, a nawet nadużywanie substancji”.
Naukowcy wiedzieli już, że obszar mózgu zwany przyśrodkową korą przedczołową (mPFC) odpowiada za reprezentację pozycji społecznej u ssaków; zmiany w mysim mPFC zmieniają zachowanie dominacji zwierzęcia. Nie było jednak wiadomo, w jaki sposób mPFC reprezentował tę informację i które neurony (jeśli w ogóle) były zaangażowane w zmianę zachowania dominacji.
W nowym badaniu Tye i jej zespół pozwolili grupom czterech myszy dzielić klatkę, umożliwiając naturalny rozwój hierarchii społecznej – niektóre zwierzęta stały się bardziej dominujące, a inne bardziej podporządkowane. Następnie naukowcy wybrali pary mieszkających razem myszy, które rywalizowały o nagrody w postaci jedzenia w układzie turniejowym typu „round robin”.
Aby uchwycić aktywność mózgową zwierząt, a także niewielkie, trudne do zmierzenia różnice w ich zachowaniu podczas rywalizacji, naukowcy stworzyli kilka nowych technologii. Wykorzystali nowe urządzenia bezprzewodowe do rejestrowania aktywności mózgu swobodnie poruszających się zwierząt i opracowali narzędzie do śledzenia wielu zwierząt wykorzystujące sztuczną inteligencję, aby śledzić ruchy myszy w czasie, nawet jeśli dwa zwierzęta wyglądały identycznie. Wreszcie zajęli się nowymi podejściami do modelowania, aby przeanalizować dane.
Naukowcy odkryli, że gdy tylko myszy zostały połączone w pary, aktywność neuronów w ich mPFC może przewidzieć – z 90-procentową pewnością – rangę przeciwnika.
„Spodziewaliśmy się, że zwierzęta mogą sygnalizować pozycję dopiero wtedy, gdy usłyszą sygnał dźwiękowy rozpoczynający zawody”, mówi współautorka Nancy Padilla-Coreano, adiunkt na University of Florida, która wykonywała pracę, gdy była doktorem habilitowanym. kolega w Salk. „Okazuje się jednak, że zwierzęta cały czas chodzą z taką reprezentacją rangi społecznej w mózgu”.
Kiedy naukowcy zapytali następnie, czy aktywność neuronów mPFC jest związana z zachowaniem, odkryli coś zaskakującego. Wzorce aktywności mózgu były powiązane z niewielkimi zmianami w zachowaniu, takimi jak szybkość poruszania się myszy, a także mogli przewidzieć – pełne 30 sekund przed rozpoczęciem zawodów – która mysz zdobędzie nagrodę w postaci jedzenia.
Podczas gdy zwykle przewidywano zwycięstwo bardziej dominującej myszy, czasami model trafnie przewidywał, że zwycięży zwierzę podporządkowane. Zespół twierdzi, że model uchwycał sukces w rywalizacji lub coś, co niektórzy mogą nazwać „zwycięskim nastawieniem”.
Tak jak czasami możesz być w bardziej konkurencyjnym nastroju i chętniej chwycisz kawałek pizzy przed szefem, podwładna mysz może mieć bardziej „zwycięski sposób myślenia” niż bardziej dominujące zwierzę i ostatecznie wygrywać.
Jak odkryli naukowcy, obszary mPFC związane z pozycją społeczną i sukcesem konkurencyjnym sąsiadują ze sobą i są ze sobą silnie powiązane. Mówią, że sygnały o randze społecznej wpływają na stan mózgu zaangażowanego w sukces w zawodach. Innymi słowy, pewność siebie podwładnego zwierzęcia i „wygrywający sposób myślenia” mogą częściowo zmniejszyć się w obliczu myszy alfa.
„Po raz pierwszy udało nam się uchwycić te wewnętrzne stany, które łączą rangę społeczną z zachowaniem” – mówi Kanha Batra, absolwent w laboratorium Tye i współautor artykułu. „W dowolnym momencie, wykorzystując te stany wewnętrzne, moglibyśmy przewidzieć następny ruch zwierzęcia z aktywności mózgu”.
Naukowcy wykazali również, że zmiany w aktywności mózgu następowały, gdy zwierzęta rywalizowały w porównaniu z samodzielnym zbieraniem nagród. Jednak ranga społeczna żyjącej grupy zwierząt nadal mogła być odszyfrowana na podstawie aktywności mózgu, nawet gdy zwierzęta były same.
„To wszystko jest kolejnym dowodem sugerującym, że jesteśmy w innych stanach mózgu, gdy jesteśmy z innymi, w porównaniu do sytuacji, gdy jesteśmy sami” – mówi Tye, posiadacz katedry Wylie Vale. „Niezależnie od tego, z kim jesteś, jeśli jesteś świadomy innych ludzi wokół ciebie, twój mózg używa różnych neuronów”.
Następnie naukowcy zbadają, jak i kiedy reprezentacje rangi społecznej zwierząt po raz pierwszy rozwijają się w mózgu, a także jak wpływa to na inne rodzaje zachowań.
Inni autorzy to: Makenzie Patarino, Sebastien B. Hausmann, Reesha Patel, Srishti Mishra, Deryn O. LeDuke, Jasmin Revanna, Hao Li, Matilde Borio, Rachelle Pamintuan, Aneesh Bal, Laurel R. Keyes, Avraham Libster, Romy Wichmann, Fergil Mills , Felix H. Taschbach i Gillian A. Matthews z Salk; Zexin Chen, Hao-Shu Fang i Cewu Lu z Uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju; Rachel R. Rock, Ruihan Zhang, Javier C. Weddington i Ila R. Fiete z Massachusetts Institute of Technology; Yu Eva Zhang z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego; oraz James P. Curley z University of Texas w Austin.
Praca była wspierana przez Howard Hughes Medical Institute, National Institutes of Health (R01-MH115920, Pioneer Award DP1-AT009925 i K99 MH124435-01), JPB Foundation, Dolby Family Fund, Kavli Foundation, Simons Center for the Social Brain , Fundacja Forda, L’Oreal For Women In Science, Burroughs Wellcome Fund, AI Institute, SJTU, Shanghai Qi Zhi Institute oraz Meta Technology Group.